Vilken metall smälter av värme i handen

Genom historien besitter grundämnet järn haft enstaka extremt betydande sektion inom mänsklighetens tekniska tillväxt. Järn är detta grundämne liksom tillsammans inom enstaka legering tillsammans kol är basen för stål vilket är en från våra viktigaste konstruktionsmaterial inom byggnader, fordon samt infrastruktur.

Järn är också detta maximalt välbekanta magnetiska materialet samt detta tros utgöra den största delen från jordens innersta kärna.

I praktiken kommer cirka 40 till 60 procent av den tillförda energin till nytta i form av värme i smältan

från dessa skäl är järn en från dem maximalt studerade grundämnena inom materialvetenskapen, dock alltjämt äger detta saknats ett fullständig förståelse för metallens komplicerade egenskaper.

Komplexiteten samt svårigheten för att förstå järn äger sitt ursprung inom samspelet mellan dess magnetiska attribut samt dem skakningar hos atomerna likt ett hög temperatur ständigt ger upphov mot.

Tidigare fysikaliska modeller samt beräkningar äger därför ofta antingen fokuserat på magnetismen, alternativt på atomvibrationerna, alternativt atomernas kristallstruktur för sig självt.

Sådana modeller besitter kunnat förklara vissa attribut, likt ferromagnetismen, för att järnobjekt kunna producera en magnetiskt fällt runt sig. Dock så misslyckas sådana modeller tillsammans med för att förutsäga attribut för nya järnmaterial nära deras tänkta användningstemperaturer.

En schematisk bild från hur järnatomerna (blå cirklar) inom kristallen skakar samtidigt liksom deras magnetiska fällt (gröna pilar) varierar inom riktning samt längd nära hög temperatur.

I stället är det temperaturen i vår egen hand vi känner

inom figuren mot höger framträda ett bild över hur en magnetiskt ämne likt järn förmå beskrivas inom sin innersta struktur. atomerna, blå cirklar, skakar ständigt samt ju högre temperatur, desto större blir svängningarna. Elektronerna runt varenda atom skapar tillsammans dess magnetiska fält, enstaka grön pil inom illustrationen.

På en liknande sätt vilket atomerna skakar så fluktuerar detta magnetiska fältet, detta ändrar riktning samt detta varierar inom styrka. Ju högre temperatur desto starkare fluktuationer.

Detta är fenomen vilket både påverkar stålets styrka samt jordens magnetfält.

Höga temperaturer

Vid enstaka tillräckligt hög temperatur, för järn är den °C, är atomernas magnetiska fält helt oordnade, dem motverkar varandra, samt magneten tappar förmågan för att attrahera andra magnetiska ämne.

Det har egenskapen att när det hålls i handen tillräckligt länge så smälter det, då det har en smältpunkt på +30°C

inom verkligheten besitter samtliga metaller också defekter inom sin struktur. Vissa från dessa defekter är avgörande för vilken styrka metallen besitter samt dess förmåga för att stå emot deformation. för att förklara defekterna samt samtidigt ta hänsyn mot magnetismen nära rumstemperatur alternativt högre besitter varit omöjligt.

Forskargruppen Teori för oordnade ämne på Teoretisk fysik-avdelningen nära Linköpings högskola ägnar sig åt dessa svåra frågor. Gruppen vilket idag består från tio vetenskapsman samt leds från Björn Alling publicerar idag genombrott på området inom två vetenskapliga föremål eller textstycken samt inom två examensarbeten från studenter likt arbetat inom gruppen.

inom den första studien äger doktoranden Davide Gambino, tillsammans tillsammans med Björn Alling samt dem tre civilingenjörsstudenterna Marian Arale Brännvall, Amanda Ehn samt Ylva Hedström demonstrerat hur magnetismen inom järn beneath dem extrema förhållandena liksom finns inuti jordens kärna är kapabel beräknas.

Exempelvis, om du tar på en metall leder metallen bort värme från dig och gör din hand kall

detta handlar ifall temperaturer på ca grader C samt tryck över 3 miljoner atmosfärer. För för att förstå detta krävs för att såväl atomernas rörelser vilket magnetiska fälts oordning tas inom beaktande. Gruppen upptäckte för att även inom flytande järn, likt dominerar inom jordens yttre kärna, så finns dem oordnade magnetiska fälten kvar runt järnatomerna.

detta är något vilket ännu ej varit känt samt detta måste för tillfället tas inom beaktande när vetenskapsman försöker klarlägga ursprunget mot, samt framtiden för, jordens globala magnetfält. 

Felordnade atomer

I enstaka parallell undersökning besitter gruppen undersökt hur magnetismens oordning påverkar järnets mekaniska styrka.

Detta görs via studier från en kristallfenomen likt heter dislokation, enstaka typ från felordning från atomerna inne inom kristallen. Dessa rader från felordnade atomer är nyckeln mot för att förstå hur varenda metaller böjs när dem utsätts för stora krafter. detta besitter hittills ej varit möjligt för att beräkna vilket såsom händer tillsammans dislokationerna när magnetismen blir oordnad nära hög temperatur, dock för tillfället är frågan löst från Luis Casillas-Trujillo tillsammans tillsammans andra gruppmedlemmar samt enstaka internationell samarbetspartner inom Paris.

Grundämnet gallium må vara en metall, men till skillnad från de flesta andra metaller smälter den vid en väldigt låg temperatur

Detta genombrott möjliggör beräkningar från mekaniska attribut, stålets gammal styrka likt ämne, ända upp mot dem temperaturer då metallen glöder från värme.

Dessa effekt besitter idag blivit publicerade inom två föremål eller textstycken inom den välrenommerade tidskriften Physical Review B samt delar besitter presenterats från studenterna inom examensarbeten.

– Vi kommer idag använda dessa nya beräkningsmetoder för för att förklara magnetiska mysterier inom andra kemiska föreningar samt för för att designa nya stål direkt inom superdatorerna, säger Björn Alling.


Referenser mot artiklarna:
[1] D. Gambino, M. Arale Brännvall, A. Ehn, Y. Hedström, and B.

Alling,
“Longitudinal spin fluctuations in bcc and liquid Fe at high temperature and pressure calculated with a supercell approach”,
Physical Review B , ()
[2] L. Casillas-Trujillo, D. Gambino, L. Ventelon, and B. Alling,
“Screw dislocation core structure in the paramagnetic state of bcc iron from first-principles calculations”,
Physical Review B, , ()
[3] mästare Diploma work bygd Marian Arale Brännvall,
”Accelerating longitudinal spin fluctuation theory for iron at high temperature using a machine learning method”
Linköpings högskola ()
[4] mästare Diploma work bygd Amanda Ehn,
”A theoretical study of longitudinal and transverse spin fluctuations in disordered Fe64Ni36 alloys ”
Linköpings högskola ()